锂电池模切如何避免极片毛刺粉尘？

锂离子电池的电芯安全一直是业内人士关注的重点，而这也是动力电池长期发展的关键，随着动力电池这几年的飞速发展，该问题的重要性日益凸显。

事实上，电芯的安全隐患主要表现为热失控，影响的因素有很多，比如电芯的材料体系、结构设计、制造工艺、生产控制、终端使用方法等等。目前各大企业主要通过机器人替代人工，来减少安全隐患，同时对各工序机器精度和智能化上的要求也越来越高。其中在模切和叠片工艺中，产生的毛刺和粉尘容易造成电池短路，因此控制极片毛刺粉尘显得尤为重要。

一、极片毛刺粉尘产生的原因

极片毛刺是指极片冲切所产生的断面基材拉伸，弯曲。行业内对极片毛刺的普遍标准是Vh≤15μm(以集流体表面为基准计算)；Vk≤15μm(以极片边缘为基准计算)。

极片粉尘是指极片冲切所产生的涂层颗粒或基材碎屑。行业内暂时还没有对粉尘颗粒的大小形成标准，只是对极片掉粉后漏箔的区域大小有做要求，L≤4mm(连续出现)；H≤0.2mm(开裂或漏箔)。

在模切和叠片工序中控制冲切时的毛刺大小，减少冲切时产生的粉尘，以及在极片转运过程中避免毛刺的产生，已成为这两个工序目前面临的最主要的难题，而要解决这些难题，先要了解毛刺和粉尘产生的原因。

极片毛刺粉尘产生的主要原因有三点：1、冲切方式；2、冲切模具的结构；3冲切模具的材料及加工精度。

1、冲切方式

行业中在极片冲切工序，最常用的方式有以下几种：

2、冲切模具冲切极片时毛刺产生的原理：

利用冲头和下刀极小的间隙对极片进行裁切，间隙的大小是影响毛刺的最大因素：

3、冲切模具冲切极片时粉尘产生的原理：

上下刀的间隙、压料板和冲头的间隙、压料板压力的大小及压料板表面的平面度是影响掉粉的几大因素。要保证模具各零件的间隙，首先，要选择好模具材料，其次，要保证加工精度。

a：上下刀的间隙：间隙小时，由于挤压作用加剧，对极片的冲裁力增大，对表面涂层挤压增强，涂层开裂、从基材上剥离、脱落。压料板托料时还会造成断面和冲头的二次摩擦。

b：压料板和冲头的间隙：间隙过大时，无法压住断口边的涂层，裁断时造成的涂层挤压无法压住。间隙过小时，有摩擦冲头的风险。

c：压料板压力的大小：涂层被挤压时，压料板压力大于挤压张力，可有效减少涂层开裂、从基材上剥离、脱落等问题。

d:压料板平面度：如果平面度不好，对断面的压实效果不均匀，会出现不连续的涂层开裂等问题。

4、冲切模具的材料及精度：

a:冲压模具工作时要承受冲击、振动、摩擦、高压和拉伸、弯扭等负荷，工作条件复杂，易发生磨损、疲劳、断裂、变形等现象。因此，对模具工作零件材料的要求比普通零件高，常用材料：

b：模具精度可分为加工精度和装配精度，常用的精加工设备有油割、坐标磨等，加工精度可做到0.001mm，可达到刀口间隙0.002mm的精度要求，装配精度需要靠定位销及装配经验实现，需要经验及技能较高的装配人员。

5、极片流转过程中的碰撞及摩擦：

现阶段采用的设备连线方式为模切机+极片料盒输送+叠片机。

缺点：极片冲切完进入料盒，经过输送进入叠片机，叠片机从料盒中取片，过程中无法避免极片和料盒的碰撞和摩擦，造成极片的掉粉和集流体的变形，是极片不良的潜在风险。

二、毛刺粉尘解决方案

了解了毛刺和粉尘产生的原因，解决方案可从以下几点入手：1、优化现有模具结构；2、改善模具材料；3、提高模具制造和装配精度；4、改进模切叠片设备工艺；

1、对现有模具的优化

冲切模具结构的稳定性，直接决定了毛刺和掉粉能不能做到可控，现在行业中最常用的结构有以下几种：

卷绕用极片模切模具

由于卷绕式模切机工艺的特殊性，常用的导柱模具无法将导柱均布，只能制作成冲头悬臂式，导致上模冲压点和重心无法重合，模具整体稳定性较差，靠刀模具从根本上解决了上述问题，且成本相对还较低，会是将来重点选用的模具。

冲切模具结构的稳定性，直接决定了毛刺和掉粉能不能做到可控，现在行业中最常用的结构有以下几种：

叠片用极片模切模具

低速模具也是采用冲头悬臂式的结构，主要在实验线上使用，高速模具导柱分布均匀，结构稳定，是产线上主流的模具。

2、模切叠片一体机是终极解决方案

模切叠片一体机在极片冲切完之后可直接进入叠片平台，避免极片和料盒的碰撞和摩擦，彻底解决极片不良的潜在风险。